2014 Fiscal Year Research-status Report
脳神経特異的新規ビタミンK2合成酵素欠損マウスを用いたビタミンKの脳機能解析
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26460085
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| Research Institution | Kobe Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
中川 公恵 神戸薬科大学, 薬学部, 准教授 (90309435)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ビタミンK / Menaquinone-4 / UBIAD1 / 脳神経 / コンディショナルノックアウト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの申請者の研究により、摂取したビタミン Kが生体内でビタミン K2 (メナキノン-4, MK-4)に変換されること、それを担う酵素「MK-4 生合成酵素」が UBIAD1 (UbiA prenyltransferase domain containing 1)であることを明らかにしている。UBIAD1は種を超えて保存されており、ショウジョウバエやゼブラフィッシュではその変異が発生異常を引き起こす。しかし、哺乳動物における UBIAD1の機能は十分に解析されていない。特に UBIAD1は脳で最も発現が高く、 MK-4も脳内で高濃度に蓄積していることから、脳で重要な役割を担っていると予想される。本研究では、世界に先駆けて脳特異的に UBIAD1 遺伝子を欠損したマウスを作出し、UBIAD1とMK-4の脳神経機能における役割の解明および脳神経変性疾患への関連性を解析することを目的に遂行している。
全身性にUBIAD1を欠損するUBIAD1-KOマウスが胎生致死であるため、初期胚からES細胞を樹立し、MK-4合成活性を評価した。また、組織特異的にUBIAD1を欠損したマウスとして、神経幹細胞特異的にcreを発現するNestin-creマウスを用い、脳特異的にUBIAD1を欠損するマウスの作出を行った。さらに、Synapsin-creマウスを用いて神経細胞のみでUBIAD1が欠損したマウスの作成も行った。これらのマウスの表現型を解析するとともに、マウスから初代培養神経細胞を単離培養し、細胞レベルでの機能解析も行い、UBIAD1の脳における機能解析を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに、全身性にUBIAD1を欠損したマウスの作出を試みたが、胎生致死であったため、胚からES細胞を樹立し、細胞レベルでUBIAD1欠損の影響を解析している。ES細胞の樹立は順調に行うことができ、MK-4合成活性が消失していることも確認できている。また、脳特異的UBIAD1欠損マウスとしてNestin-cre-UBIAD1 CKOマウスの作出に成功した。このマウスについて、表現型解析を行ったところ、行動学的な異常や脳組織形成異常があることが見いだされている。さらに現在、脳神経細胞の初代培養を行いながら、細胞レベルでの機能異常について解析を進めている。また、ニューロンなどの神経細胞でのみUBIAD1が欠損したマウスを作成するため、Synapsin-creマウスを用い、Synapsin-cre-UBIAD1 CKOマウスの作出を行った。このマウスについても作出に成功し、現在細胞レベルや個体レベルで表現型解析を進めている。このように、本研究はほぼ計画通りに進行することができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、Nestin-creによるUBIAD1のCKOマウスで、脳機能に何らかの異常が認められていることから、この表現型がMK-4投与のレスキューより改善するのかを検討する。レスキュー方法としては、胎生早期からMK-4を供給するため、雌雄マウスを交配する時点からMK-4の投与を行い、産仔についても投与を継続し、脳神経細胞特異的UBIAD1欠損に伴う異常に対する是正効果を評価解析する。しかし、MK-4の脳への移行性は現在でも全く明らかでなく、我々の研究によりPKやMK-nなどの投与したビタミンKのほとんどは、腸内で側鎖構造が切断されたK3に代謝されて各組織へ運ばれ、その組織内でUBIAD1によりMK-4に変換されることが明らかとなっている（Okano T, et al. JBC, 2013）のみである。脳内にMK-4そのものが移行するのであれば、MK-4投与により脳機能がレスキューされる可能性があるが、MK-4の脳移行性が低いのであれば、脳内に直接MK-4を供給しなければレスキューされないことになる。ビタミンKの脳移行性を明らかにすることは、脳におけるビタミンKの役割を解明するためにも極めて重要である。我々は、独自に合成したビタミンKの重水素標識化合物（ビタミンKのナフトキノン環の水素を重水素に置換した化合物）を所有しているので、これをマウスに投与することで内因的に存在するMK-4と区別して体内動態を追跡する。また、時期特異的に脳内での遺伝子欠損状態をコントロールするため、Tamoxifen誘導型Nestin-creマウスを導入して、出生後に時期を選択して脳特異的UBIAD1欠損マウスの作出し、表現型解析を行うことにより、脳におけるUBAID1機能解析を進める。
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| Causes of Carryover |
予定通りに研究は進行しているが、購入試薬の割引等により若干の残額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
試薬等の購入費用として使用する。
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[Journal Article] Vitamin K2 biosynthetic enzyme, UBIAD1 is essential for embryonic development of mice.2014
Author(s)
Nakagawa K, Sawada N, Hirota Y, Uchino Y, Suhara Y, Hasegawa T, Amizuka N, Okamoto T, Tsugawa N, Kamao M, Funahashi N, Okano T.
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 9
Pages: e104078
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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